Ученые из дальневосточных и сибирских вузов и научных центров представили новый композит для защиты космических кораблей. Исследования показали, что материал эффективно поглощает опасное излучение и при этом может стоить в сотни раз дешевле западных аналогов.

Продолжительные полёты в дальний космос требуют решения сложнейших технических задач. Одна из главных — надёжная защита экипажа и аппаратуры от космической радиации и «солнечного ветра». Эту проблему могут помочь решить учёные из нескольких российских университетов и институтов РАН. Они разработали специальный композитный материал, который эффективно ослабляет потоки высокоэнергетических частиц и фотонное излучение. Исследование, подтверждающее свойства разработки, вышло в международном журнале Materials Characterization.

Над созданием материала работала совместная группа специалистов Дальневосточного федерального университета, Сахалинского государственного университета, Томского политехнического университета и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени Тананаева Кольского научного центра РАН.

«Космическое излучение, состоящее из частиц высокой энергии (протонов, ядер гелия, тяжелых заряженных частиц), а также фотонного излучения (нейтрино, гамма-кванты), ионизирует материал космического корабля, что ведет ко вторичному излучению внутри его корпуса. Для комбинированной защиты от излучения частиц высокой энергии можно использовать «легкие» материалы рассеяния с высоким содержанием водорода, а для ослабления и поглощения фотонного излучения — тяжелые металлы или композиты на их основе», — рассказал академик РАН, профессор ДВФУ Иван Тананаев (Цитата — сайт ДВФУ).

Молодые учёные из разных регионов страны поставили перед собой цель создать не просто эффективный, но и экономически выгодный для массового производства материал. Подобные разработки в мире уже есть, но они чрезвычайно дороги в производстве: например, по словам руководителя исследования, кандидата химических наук Олега Шичалина, у NASA в разработке есть материал на основе нанотрубок нитрида бора. Но его производство оценивается в астрономическую сумму — до тысячи долларов за грамм. Задача российского коллектива состояла в том, чтобы получить композит со сравнимой или большей эффективностью, но при этом в 100–200 раз дешевле.

В качестве решения они предложили керамо-металлические композиты системы LaB6-Al-Mg. Их изготавливают по современной технологии электроимпульсного плазменного спекания.

Эксперименты показали, что если довести долю металлической фазы, то есть сплава алюминия и магния, до 90%, то структура композита становится однородной. Частицы гексаборида лантана распределяются в ней равномерно. Полученный материал обладает высокой плотностью и стабильностью. В его структуре формируется двухфазная система из LaB6 и интерметаллида Mg2Al3, причём процесс идёт без образования нежелательных побочных химических продуктов.

Самым значимым результатом работы стала выдающаяся способность материала поглощать протоны. Наилучшие показатели по защите от тепловых нейтронов продемонстрировал состав, где содержание гексаборида лантана составляет 50%. Именно для этого варианта зафиксировали максимальный коэффициент ослабления излучения. Кроме того, у него оказалась минимальная толщина слоя половинного ослабления — всего 2,02 миллиметра. Это означает, что даже очень тонкий слой такого композита может надёжно защищать металлические конструкции от опасного излучения.

Для практического применения в космическом машиностроении крайне важна ещё одна характеристика — обрабатываемость. Новый композит хорошо поддаётся механической обработке стандартным инструментом. Это позволяет изготавливать из него детали сложной формы, необходимые для строительства космических аппаратов.

Как пояснили в пресс-службе ДВФУ, эта разработка — часть стратегических программ по развитию российской космической науки. Их цель — создать технологии, которые обеспечат безопасность длительных пилотируемых миссий, включая экспедиции в окололунное пространство. Появление доступных и эффективных материалов для радиационной защиты — это фундаментальный шаг на пути к реальным межпланетным перелётам.

Работа над радиационной защитой в ДВФУ ведётся в комплексе с другими перспективными направлениями. Ранее та же группа учёных уже предлагала методы создания высокопрочных материалов для лунных баз, а также решения для их защиты от космического излучения. В этих разработках они используют вулканические породы с Дальнего Востока, чей состав близок к лунному грунту. Сочетание местного сырья, новых технологий спекания и эффективной радиационной защиты открывает возможность строить на других планетах надёжные убежища для будущих исследователей, делая освоение дальнего космоса всё ближе.

Фото: ДВФУ

Lx: 4779